夏熱冬暖地區應用淺層地熱能供熱制冷的必要性與優(yōu)勢

  夏熱冬暖地區應用淺層地熱能供熱制冷的必要性與優(yōu)勢解決環(huán)境污染和能源危機問(wèn)題是當今全人類(lèi)的共同課題。在中國能源消耗中，建筑耗能的比例相當高，中國傳統的空調系統，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問(wèn)題，南方以自來(lái)水或環(huán)境空氣為冷源的制冷機組解決夏季制冷問(wèn)題。根據近年的統計，我國采暖和空調的能耗占建筑總能耗的55％，建筑能耗是相同氣候條件發(fā)達國家的2-3倍。建設部提出，我國新建建筑全面執行節能標準，建筑能耗減少50%。近年來(lái)，空調負荷增長(cháng)迅速，炎夏季節多數電網(wǎng)高峰負荷約有1／3用于空調制冷，使許多地區用電高度緊張，拉閘限電頻繁。目前，中國房間空調器和單元式空調機的產(chǎn)量已達世界第一，中國建筑業(yè)發(fā)展迅速，每年城市新增8-9億平方米的住宅建筑和公共建筑，隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高，建筑耗能逐年大幅度上升。如2004年廣西的建筑能耗已經(jīng)超過(guò)全社會(huì )總能耗的20%，夏季空調高峰負荷已相當于在建的龍灘水電站540萬(wàn)千瓦的滿(mǎn)負荷出力。如果不加控制，廣西2010年的建筑能耗將比2004增加1倍，空調高峰負荷將近2個(gè)龍灘電站的滿(mǎn)負荷出力，需要增加電力建設投資數百億元。而目前美國每年安裝約4萬(wàn)套地源熱泵系統，這個(gè)規模意味著(zhù)每年可以節約8.79×1011瓦的能量，相當于162個(gè)龍灘水電站。

 

  1.夏熱冬暖地區對供熱制冷需求的特點(diǎn)

 

  1.1生活熱水

 

  夏熱冬暖地區地處亞熱帶，氣候潮濕、冬季氣溫變化大（有時(shí)10℃以下數天后又突然轉暖為20℃左右）、夏季炎熱，因此，熱水洗澡天數占全年80%以上。長(cháng)期以來(lái)，各種熱水鍋爐和家庭熱水器為南方人解決生活熱水問(wèn)題，既有其便利之處，又有各方面不足和局限。燃煤鍋爐成本低，但污染嚴重，一些城市已下文禁止使用燃煤鍋爐要求改用燃油鍋爐，但隨著(zhù)燃油價(jià)格的不斷上漲，很多賓館難以承受其運行成本；一些小型賓館采用燃氣熱水器，但其安全性令人擔憂(yōu)，出現煤氣中毒造成人員傷亡的事故時(shí)有發(fā)生；采用太陽(yáng)能+電熱輔助的形式，許多單位上了系統但在冬季卻停止了使用，問(wèn)題的焦點(diǎn)是，夏季氣溫高時(shí)熱水用量少，此時(shí)太陽(yáng)能提供的熱水充足有余，到了深秋、冬季、早春季節氣候寒涼，太陽(yáng)光照弱，熱水溫度不夠，特別是每年的1、2、3月氣候寒冷潮濕，陰雨連綿，而此時(shí)是需要熱水量最多的時(shí)期，太陽(yáng)能幾乎不起作用，卻只能以電加熱為主，但其耗電很大，經(jīng)濟上讓大家難以承受。1.2夏季空調制冷夏熱冬暖地區尤其是兩廣地區夏季炎熱，制冷空調已成為城市家庭和辦公的基本設施，但隨著(zhù)空調的普及，溫室氣體的排量越來(lái)越大，使得城市的環(huán)境溫度升高，一方面，室外更加酷熱高溫，空氣質(zhì)量下降。另一方面，環(huán)境溫度升高使得空氣源熱泵的能效下降，能耗更大，造成惡性循環(huán)。減排溫室氣體、提高制冷能效比是當前節能環(huán)保的迫切要求。

 

  1.3冬季采暖16攝氏度是人體對寒冷忍受程序的一個(gè)界限，低于這一界限，人就感覺(jué)舒適性差。進(jìn)入冬季以后，南方絕大多數地方的氣溫都會(huì )降至16℃以下，尤其南方冬季的寒冷，是一種濕冷，使人感到寒冷刺骨。隨著(zhù)人們生活水平的提高，南方冬季采暖需求越來(lái)越旺，近年來(lái)電取暖器在南方呈暢銷(xiāo)勢頭。但電取暖器和空氣源空調取暖能耗都較高，而且舒適性差。但南方取暖負荷相對北方要小得多，冬季供暖時(shí)間也較短。因此，南方地區采用地源熱泵技術(shù)供暖其成本及實(shí)現條件要求都較低，是較佳的能源利用方式。

 

  1.4農業(yè)溫控需求

 

  隨著(zhù)農業(yè)科學(xué)種養殖技術(shù)的不斷普及和提高，高附加值的養殖業(yè)、種植業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，如溫控農業(yè)大棚、牧禽魚(yú)養殖等，這些農業(yè)技術(shù)，迫切需要能源消耗成本低的溫控系統。因此，尋求能實(shí)現制冷、采暖和供生活熱水的穩定的節能環(huán)保系統，是南方城市與農村發(fā)展的迫切需要。

 

  淺層地熱能、太陽(yáng)能屬于低品位能源，按照分級用能原則，最適合滿(mǎn)足生活用能的需要。地源熱泵技術(shù)是既開(kāi)發(fā)利用了可再生的新能源——淺層地熱源，又顯著(zhù)節能的不可多得的新技術(shù)，具有開(kāi)源和節能的雙重效果。被稱(chēng)為二十一世紀的“綠色空調技術(shù)”。因此，利用淺層地熱能（或與太陽(yáng)能耦合）解決南方建筑制冷采暖空調、熱水供應、溫控農業(yè)，對替代常規商品能源，改善能源結構，保障能源安全，建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )以及實(shí)現可持續發(fā)展具有重要戰略意義。

 

  2.地源熱泵的特點(diǎn)及優(yōu)勢

 

  （1）、可再生能源利用形式利用儲存于地表淺層的低溫熱源和太陽(yáng)能，它不受地域、資源、季節、氣候、日夜時(shí)段等限制，真正是量大面廣、穩定可靠而且清潔無(wú)污染的一種可再生能源。符合可持續發(fā)展的戰略要求。

 

  （2）、高效節能制熱系數高達3～4.5，而鍋爐僅為0.7～0.9，可比鍋爐節省70%以上的能源和30%～50%運行費用；制冷時(shí)要比普通空調節能15%～20%。

 

  （3）、美觀(guān)傳統空調系統的換熱器置于暴露的空氣中，破壞建筑的外觀(guān)；而地源熱泵把換熱器埋于地下，保持建筑物外觀(guān)的完美。

 

  （4）、保護環(huán)境設備的運行不需鍋爐，沒(méi)有燃油、燃煤污染。土壤源地源熱泵只從地下取熱或散熱，不取地下水，沒(méi)有地下水位下降、地面沉降等問(wèn)題，是真正的生態(tài)合理利用可再生能源的方式。

 

  （5）、多功能、系統控制和管理方便—套系統可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調和生活熱水加熱的三套裝置或系統。

 

  （6）、壽命長(cháng)、效益顯著(zhù)熱泵壽命一般15年左右，而地源熱泵的地下換熱器由于采用高強度惰性材料，埋地壽命至少50年。3.地源熱泵的應用條件3.1地源熱泵系統簡(jiǎn)介地源熱泵GSHP（ground-sourceheatpumps）技術(shù)是一種利用淺層地熱資源的既可供熱又可制冷的高效節能的空調技術(shù)。熱泵的理論基礎源于卡諾循環(huán)，與制冷機相同，按照逆循環(huán)工作。即熱泵消耗較少量的高質(zhì)能Ｗ通過(guò)循環(huán)從低溫環(huán)境(溫度為Ｔ0)中吸取大量的低溫熱ＱL，輸出熱量為ＱH=Ｗ+ＱL(用熱溫度為Ｔ2),從而回收利用了低溫熱ＱL。由于全年地溫波動(dòng)小，冬暖夏涼，因此，冬季從地表淺層吸取低溫熱量，夏季向底下排放熱量（吸取冷量），通過(guò)循環(huán)把熱量從低溫位提升到高溫位，為用戶(hù)提供冬季供暖、夏季制冷以及全年熱水供應。系統只需消耗少量的高品位能源（如電能），就能獲得高于輸入能量數倍的熱能效果，是一種高效、環(huán)保、節能的溫控系統。地源熱泵系統，由室內部分和室外部分組成，室內部分包括熱泵機組和風(fēng)道系統或風(fēng)機盤(pán)管系統，與傳統空調系統相似。室外部分是地熱能熱交換部分，有埋地管系統、地表水系統和地下水系統三種形式。埋地管將閉環(huán)循環(huán)水埋于地表淺層土壤中，循環(huán)水經(jīng)水管壁面直接與土壤進(jìn)行熱量交換。夏季循環(huán)水將制冷機組吸收的熱量向土壤散熱，冬季從土壤吸熱并將熱量經(jīng)熱泵機組傳遞至室內。埋地管系統有垂直埋管、水平埋管和螺紋盤(pán)管三種。

 

  3.2我國淺層地熱能資源概況從土壤類(lèi)型和土壤溫度看，我國具有豐富的低溫環(huán)境資源。1999年，瑞士學(xué)者Rybach指出，中國是世界上直接利用地熱潛力最大的國家，名列世界第一，原因有2個(gè)：一是中國國土遼闊，近地表低溫地熱資源豐富；二是中國人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎相對薄弱，將來(lái)需求量無(wú)可比擬。

  地源熱泵技術(shù)所利用的能源是常溫土壤中的能量，并不需要特殊的地熱田或地下熱水。它只要有足夠進(jìn)行熱交換的淺層土壤（-3.5℃以上的土壤或地下水）就可滿(mǎn)足地熱泵所要求的技var cpro_psid ="u2572954"; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;術(shù)條件。中國城市中約有30％～50%的建筑物具備此條件。從氣候區上看，從寒冷的黑龍江到炎熱的海南島都可使用，尤其南方氣候條件是夏熱冬暖，需要較多的供熱和空調裝置。3.3夏熱冬暖地區的土壤特點(diǎn)土壤屬于多孔介質(zhì)，是由礦物質(zhì)和有機質(zhì)構成其固相骨架、水和空氣充填其中孔隙的三相體。土壤傳輸地熱的能力及存儲熱能的能力與土壤的含濕量、地下水的流動(dòng)有很大的關(guān)系。因此土壤的傳熱是由土壤中固相導熱、液相導熱及液體對流傳熱組成。當土壤中富含水分和有地下水流動(dòng)存在時(shí)，土壤總的傳熱熱阻大大減小，使得土壤具有較高的熱交換效率。

 

  夏熱冬暖地區尤其是兩廣地區，雨水豐富，水源充足。豐富的水資源使得我國南方大部分地域屬于富水土壤，土壤的含水率極高，且地下水位較高，為土壤熱交換器閉式地源熱泵系統應用提供了得天獨厚的條件。

 

  4.國內外地源熱泵技術(shù)應用狀況分析4.1國外應用狀況美國能源部（ＤＯＥ）和美國環(huán)境保護署（ＥＰＡ）均已確認，地源熱泵系統是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統。1998年，美國暖通空調工程師學(xué)會(huì )的ASHRAE技術(shù)獎就頒發(fā)給一地源熱泵系統。

 

  地源熱泵供暖空調的優(yōu)勢使其成為近年來(lái)世界可再生能源利用及建筑節能領(lǐng)域中增長(cháng)最快的產(chǎn)業(yè)之一。在過(guò)去的10年中，大約30個(gè)國家的地源熱泵年增長(cháng)率達到了10％。它的主要優(yōu)點(diǎn)是用普通的地溫或地下水溫，這在世界各國都可利用。地源熱泵發(fā)展最快的是歐洲和美國，其他國家如日本和土耳其也正在積極發(fā)展地源熱泵產(chǎn)業(yè)。目前世界安裝的地源熱泵系統的總容量和產(chǎn)熱量達9500MW和52000TJ/y（14400GWh/yr），實(shí)際安裝地源熱泵的數量為80萬(wàn)套，世界主要國家安裝地源熱泵的情況見(jiàn)表1。

 

  1985年美國全國共有1.4萬(wàn)臺地源熱泵，而1997年就安裝了4.5萬(wàn)臺，到2001年，美國達到安裝40萬(wàn)臺地源熱泵的目標，降低溫室氣體(如ＣＯ2等)排放100萬(wàn)噸，相當于減少50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染物排放或種植404686公頃(100萬(wàn)英畝)樹(shù)的效果，年節約能源費用可達4.2億美元。而且每年以10%的速度穩步增長(cháng)。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統已占空調總保有量的19%，其中新建筑中占30%。據1999年的統計，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例為：瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

 

  DouglasCane等對25個(gè)加拿大和美國的應用地源熱泵的實(shí)例進(jìn)行了跟蹤調查，并按建筑類(lèi)型統計了各個(gè)實(shí)例的年均費用，其中，最早投入運營(yíng)的實(shí)例在1981年，最晚的為1995年，并且有20個(gè)實(shí)例是在1990年及之后投入運營(yíng)。與傳統空調系統相比，地源熱泵系統在運行費用(主要包括能耗費用和維護費用)方面有較大優(yōu)勢。如在商業(yè)應用中，節能達到17%；住宅應用中的能耗則減少32.4%。4.2國內應用狀況中國地源熱泵的研究和應用雖剛剛起步，但其對地方緩解能源壓力、推動(dòng)經(jīng)濟的作用正日益受到認同，地源熱泵作為生態(tài)環(huán)境保護、高效節能和自然資源再利用的21世紀可持續發(fā)展的新技術(shù)和建筑環(huán)境供熱制冷系統的換代產(chǎn)品，體現出旺盛市場(chǎng)需求的勢頭。國外的技術(shù)已相當成熟，為此，我們一方面要積極借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗；另一方面切忌生搬硬套、盲目引進(jìn)，應該因地制宜、把握優(yōu)勢合理的利用淺層地熱能，避免出現新的生態(tài)環(huán)境失衡。

 

  我國從<,/SPAN>1995年開(kāi)始學(xué)習和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，直到1997年才出現有規模的地源熱泵采暖工程項目，美國特別看好中國市場(chǎng)，美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書(shū)，其中一項內容就是地源熱泵發(fā)展戰略。該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調的商業(yè)建筑，以推廣運用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對煤炭和石油的依賴(lài)程度，從而達到能源資源多元化的目的。到1999年底，全國大約有100套供暖/制冷系統，而且全部為開(kāi)式循環(huán)系統。2000年12月由日本政府無(wú)償援助，日本地熱工程株式會(huì )社負責，長(cháng)春市地熱開(kāi)發(fā)有限公司和吉林大學(xué)參與，在長(cháng)春完成了一個(gè)1000ｍ2建筑面積的地源熱泵供暖/制冷示范項目，為國內第一個(gè)閉式循環(huán)系統。2001年，重慶大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、山東建筑工程學(xué)院也紛紛建成了各自的封閉循環(huán)系統示范工程。近兩年來(lái)，在我國北方，已成功建立了一批上規模的地源熱泵應用示范工程。山東建工學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)等具有較雄厚的理論基礎并建立了典型的示范工程，但這些示范工程以采暖為主；在南方，以廣州能源所為代表，主要以是地下水式地源熱泵應用技術(shù)為主，土壤源的地源熱泵應用技術(shù)在南方還非常薄弱。

 

  目前，我國實(shí)施地源熱泵工程主要有兩大類(lèi)：

 

  （1）地下水源方式我國目前實(shí)際應用的地源熱泵工程大部分是利用地下水源方式。事實(shí)表明，打井抽水雖然實(shí)施地下水回灌，由于循環(huán)消耗，仍不可避免的要損失相當一部分水源，加上抽水時(shí)雖有過(guò)濾網(wǎng)，但一些細紗粒移位或隨水一起抽上來(lái)，日長(cháng)月久會(huì )破壞地層結構，有些地方在抽水井附近出現了莫名的坍塌。我國一些地方也出現開(kāi)式地源熱泵系統運行短短幾個(gè)月，就造成回灌通路細紗堵塞甚至無(wú)法回灌造成廢井的狀況。因此，打井抽水在一些城市是受到嚴格控制甚至禁止的。

 

  （2）土壤換熱器的閉式系統我國閉式系統的土壤換熱器以垂直U型埋管居多，實(shí)用經(jīng)驗還非常有限。北方地區實(shí)施的大多數采暖工程屬于貧水土壤，由于干性土壤傳熱性能差，垂直埋管深度一般要超過(guò)60米，而換熱量則一般小于50W/m，使得埋管的總埋深較大，往往造成初期投資大，效果不夠理想，一般用戶(hù)難以接受。一些地方?jīng)]有經(jīng)過(guò)長(cháng)期地溫變化監測，實(shí)施幾萬(wàn)平方米甚至十幾萬(wàn)平方米的大型地源熱泵取暖系統，很難預計，幾年后或十多年后這樣的系統其效率和對周?chē)?a href="http://keyinmall.com/t/地溫.html" >地溫影響如何，北方已有些系統在運行兩三年后出現效率明顯下降的情況。

 

  兩廣地區土壤源地源熱泵技術(shù)研發(fā)及應用情況5.1技術(shù)成果水平2005年3月，廣西科技廳組織專(zhuān)家對廣西大學(xué)完成的“亞熱帶及溫帶地區地源熱泵供熱制冷節能系統技術(shù)研發(fā)”科技項目進(jìn)行了技術(shù)鑒定。專(zhuān)家的鑒定意見(jiàn)為“該項目針對我國南方亞熱帶及溫帶氣候，采用了地源熱泵-冷卻塔混合型冷熱源應用技術(shù)，有效地實(shí)現了自然資源的互補利用，在地源熱泵系統配置、能源優(yōu)化和自動(dòng)控制方面取得了較大的研究進(jìn)展，在對地源熱泵技術(shù)的系統集成與優(yōu)化應用方面有較大的創(chuàng )新。該項目針對亞熱帶及溫帶地區在利用淺層埋管技術(shù)、優(yōu)化埋地換熱器及系統節能方面達到國內領(lǐng)先水平?！碑a(chǎn)品質(zhì)量檢測單位是國家空調設備質(zhì)量監督檢驗中心，經(jīng)現場(chǎng)檢測，范例工程南寧市三中空調-熱水系統在運行兩年多后，其機組制熱水工況的能效系數COP達4.5，系統的能效系數COP達4.0，換熱量大于60w/m。5.2知識產(chǎn)權情況廣西大學(xué)已申請地源熱泵相關(guān)設備發(fā)明專(zhuān)利1項，實(shí)用新型專(zhuān)利2項，自主開(kāi)發(fā)地源熱泵系統設計軟件一套。其中“太陽(yáng)能-地源熱泵空調熱水設備”已經(jīng)獲得國家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號：ZL200320101152.8），該技術(shù)有別于國外以太陽(yáng)能集熱通過(guò)儲熱罐方式作為熱泵的輔助熱源的形式，克服其效率低、體積龐大弱點(diǎn)，本專(zhuān)利采用獨特的太陽(yáng)能吸熱方式，大大提高太陽(yáng)能的吸熱效率和減少了集熱面積，而且淺層地熱能-太陽(yáng)能互補利用，使系統始終保持高效節能運轉，制熱能效比在1：4以上?！岸嘤猛竟澞苄蜔岜梅趸瘷C”已經(jīng)獲得國家實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號；ZL03246721.4），與電熱孵化系統相比節能50%以上。

         5.3技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應用情況

2004年12月廣西大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項目“地源熱泵-太陽(yáng)能復合型節能環(huán)保冷熱var cpro_psid = "u2787156";var cpro_pswidth = "966";var cpro_psheight = "120";源系統的研究和開(kāi)發(fā)”立項。2004年5月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽訂了關(guān)于“地源熱泵復合型節能環(huán)保冷熱源系統”項目合作研究協(xié)議和應用工程合作協(xié)議。2005年1月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽定了“共建廣東工業(yè)大學(xué)地源熱泵實(shí)驗室”合作研究協(xié)議并掛牌成立，2005年5月實(shí)驗室已安裝地源熱泵-冷卻塔混合型空調-熱水系統和實(shí)驗測試系統并投入運行工作。2005年7月兩?！?a href="http://keyinmall.com/t/地源熱泵技術(shù).html" >地源熱泵技術(shù)研究開(kāi)發(fā)”合作被列為九加二泛珠江三角洲的區域合作，由兩校校長(cháng)于在廣州簽定。2005年兩校合作申報了廣州市科技攻關(guān)引導項目“地源熱泵－太陽(yáng)能－冷卻塔耦合型節能環(huán)保聯(lián)供系統”并獲得立項。2006年8月由兩校共建的地源熱泵實(shí)驗室實(shí)施廣東工業(yè)大學(xué)龍洞校區學(xué)生公寓的太陽(yáng)能+地源熱泵系統示范工程（改造原有的太陽(yáng)能+燃油鍋爐熱水系統），現工程已安裝完畢，正在調試運行，試運行效果表明系統技術(shù)可行，有效實(shí)現了兩種可再生能源的互補利用。目前廣西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)根據南方土壤和氣候實(shí)際，已形成了一套由土壤換熱器（同時(shí)可靈活組合冷卻塔、太陽(yáng)能集熱器）、熱泵機組、控制系統等科學(xué)集成的工程系統技術(shù)。擁有富水土壤換熱器垂直淺埋管技術(shù)、自然能源優(yōu)化互補利用技術(shù)、夏季工況熱量多級分流技術(shù)、自動(dòng)控制等多項自主創(chuàng )新技術(shù)。不需抽取地下水、因地制宜、設計靈活，避免了過(guò)度取熱形成凍土或排熱量過(guò)大形成干燥土壤所引起的新的生態(tài)環(huán)境失衡等種種弊端。真正體現了可再生能源良性的、生態(tài)的合理利用。

 

  廣西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)已在兩廣地區實(shí)施了近二十項地源熱泵、空氣源熱泵工程，已實(shí)施的典型工程概況見(jiàn)表2。主要技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢如下：（1）充分利用南方富水土壤的傳熱優(yōu)勢，換熱效率高根據南方亞熱帶及溫帶地區土壤特性：地下水位高，土壤含水量豐富、液相對流傳熱起重要作用等，提出相應的土壤換熱器設計理論和方法，實(shí)施土壤換熱器垂直U型管的淺埋方式。經(jīng)實(shí)際運行測試表明：富水土壤垂直U型管的換熱器采用淺埋方式行之有效，在埋管深度比常規大大減少的情況下（約減少50%），仍獲得換熱效率明顯高于我國北方地區在干性土壤實(shí)施工程的效果。范例工程——南寧市三中的地源熱泵系統，在埋管深度＜32米時(shí)，獲得＞60w/m的換熱量；地源熱泵機組制熱水工況的性能系數＞4.5，系統制熱性能系數達4.0。制熱水與電鍋爐比節能70%以上。因此，根據該項目技術(shù)的優(yōu)勢，項目產(chǎn)品的主要覆蓋范圍為南方亞熱帶地區，并可依靠廣西的區位優(yōu)勢擴展到東南亞一帶。

 

  （2）充分利用南方暖氣候優(yōu)勢，自然能源互補利用南方常年需要生活熱水，本項目技術(shù)充分利用亞熱帶及溫帶地區暖氣候優(yōu)勢，系統熱源側采用垂直管淺埋方式的土壤換熱器并靈活組合冷卻塔、太陽(yáng)能集熱器等。制熱供暖工況采用土壤熱源與空氣熱源間歇或互補運行方式，避免了國內一些地源熱泵系統由于過(guò)度取熱，運行一段時(shí)間后出現效率下降的問(wèn)題。在空調供冷和供熱水的冷熱聯(lián)供工況下，采取二次能源利用、熱量多級分流技術(shù)，利用部分空調廢熱制熱水，可顯著(zhù)降低土壤換熱器的散熱負荷，綜合能效比達1：7以上。這樣，根據全年冷熱動(dòng)態(tài)負荷來(lái)智能控制及合理匹配系統，不但可有效平衡淺層土壤的冷熱負荷，解決南方冷負荷大于熱負荷問(wèn)題，而且可減少系統地下埋管換熱長(cháng)度30%以上。

 

  （3）空調工況熱量多級分流，能源利用率高南方夏季冷負荷大，制冷所需的埋地盤(pán)管長(cháng)度要遠大于加熱所需的盤(pán)管長(cháng)度。本技術(shù)采取熱量多級分流技術(shù)方案，將制冷產(chǎn)生的熱量用于制熱水、向土壤和冷卻塔散熱，空調工況制熱水不耗能，大大提高了能源利用率，并減少了制冷所需的埋地盤(pán)管長(cháng)度，降低了系統的初期投資。

 

  （4）工程投資成本低由于富水土壤可以采用垂直埋管的淺埋技術(shù)方案和獨特的回填方式，顯著(zhù)降低了土壤換熱器的成本，大大降低了實(shí)施難度，擴大了市場(chǎng)的可容納程度；系統匹配功率低，例如南寧市三中2500多人的學(xué)生公寓，其地源熱泵熱水系統運行匹配功率小于60KW，不到原來(lái)設計電熱水鍋爐功率的1/10，大大減少了電擴容投資。因此，工程投資可比國內同類(lèi)技術(shù)減少10%以上。

 

  （5）運行成本低由于綜合采用上述多項技術(shù)，系統節能效果突出，系統投資通常能在2-3年內從節省的能源開(kāi)支中回收，以后便進(jìn)入低成本運行狀態(tài)，用戶(hù)滿(mǎn)意認可。

  （6）一機多用、自動(dòng)化控制程度高系統集成程度高，一套系統實(shí)現了供熱水、采暖和供冷多重功效。系統運行參數實(shí)時(shí)數字顯示，可隨時(shí)根據需要進(jìn)行調整和監控，而且配置遠程控制接口，可實(shí)現遠程控制，利于最佳能耗自動(dòng)控制。

 

  （7）系統穩定可靠、技術(shù)成熟實(shí)施的系統有多個(gè)已連續運行幾年，有的長(cháng)達4年，反復經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季各種氣候條件和多種工況的考驗，均能滿(mǎn)足生活熱水、采暖及供冷的需要。運行效果證明該系統技術(shù)成熟。

 

  （8）環(huán)保性好系統不抽取地下水，不存在影響地下水源和破壞地層結構的問(wèn)題；沒(méi)有向大氣排熱、排冷和排煙等污染問(wèn)題，真正的綠色環(huán)保能源利用。6、兩廣地區地源熱泵技術(shù)應用實(shí)例6.1土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)的冷熱聯(lián)供混合型地源熱泵系統土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)形成了3種運行模式：當環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，使用1＃水泵，混合型地源熱泵系統的低溫熱源主要是土壤熱源，主要原因是環(huán)境溫度太低冷卻塔無(wú)法正常工作；當環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，使用2＃水泵，單獨使用冷卻塔吸收空氣中的熱量，這時(shí)冷卻塔的換熱效率高于土壤換熱器。當溫度處于一定范圍之內時(shí)可以同時(shí)利用土壤熱源和空氣熱源，可以減少和防止土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導致系統性能下降。系統夏季每天供應50℃左右的生活熱水約65噸，冬季每天供應生活熱水量約為110噸。系統于2003年元月開(kāi)始運行，經(jīng)歷了三年多春、夏、秋、冬四季連續運行，系統一直能保持高效運行，滿(mǎn)足學(xué)生公寓的生活熱水需要。同時(shí)，還能實(shí)現部分房間的冬季供暖和夏季供冷。夏季實(shí)現冷熱聯(lián)供，即利用制熱水產(chǎn)生的冷量給部分房間供冷，實(shí)現能源二次利用，綜合能效比大于1：7。

 

  6.2土壤源與空氣源并聯(lián)的混合型地源熱泵系統系統由一臺熱泵機組組成，熱泵機組的額定功率各為5.4KW，制冷劑為R22；循環(huán)水泵的額定功率為0.75KW；土壤換熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ；鉆井平均深度為23.87ｍ，地下水位為6m，總鉆井埋深為405.8ｍ。土壤源和空氣源并聯(lián)組成三種運行方式：當環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，混合型地源熱泵系統的低溫熱源主要是土壤熱源，此時(shí)采用土壤源的制熱能效比高于空氣源；當環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，空氣源的換熱效率高于土壤換熱器，所以單獨使用風(fēng)扇吸收空氣中的熱量；當環(huán)境溫度處在一定范圍之內時(shí)，可以同時(shí)綜合利用土壤熱源和空氣熱源。這樣可以防止或減少出現土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導致系統性能下降的現象。系統于2004年9月5日開(kāi)始運行，經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季，連續兩年多的運行，均能保持穩定高效運行，滿(mǎn)足該棟公寓學(xué)生的生活熱水需要。6.3太陽(yáng)能-冷卻塔耦合型地源熱泵系統采用土壤換熱器與太陽(yáng)能（或冷卻塔）耦合方式，系統主要由熱泵機組、太陽(yáng)能集熱器、冷卻塔保溫水箱等組成，通過(guò)自動(dòng)控制系統，可根據情況選擇多熱源或單熱源，有效地實(shí)現了太陽(yáng)能和淺層地熱能兩種可再生能源的互補利用。熱泵機組的額定功率為8.2KW，制冷劑為R22。土壤熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管φ20ｍｍ×4ｍ，平均鉆井深度為28.67ｍ，地下水位為4.5m，土質(zhì)基本為細質(zhì)沙土，含水量極為豐富。土壤換熱器總鉆井埋管深度為401.38ｍ。該系統充分利用了南方太陽(yáng)日照充沛、暖氣候（采用冷卻塔吸熱）和富水土壤的優(yōu)勢，能保證全年不同氣候條件下穩定的高換熱效率（COP＞4.0）。7.國家的相關(guān)政策國家大力提倡和鼓勵可再生、可持續發(fā)展能源—地熱的發(fā)展利用，相繼出臺了一系列法規和政策。

 

  《中華人民共和國節約能源法》第四條規定：“國家鼓勵開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地熱能正是屬于可再生能源。建設部《民用建筑節能管理規定》第四條規定：“國家鼓勵發(fā)展太陽(yáng)能、地熱等可再生能源的應用技術(shù)和設備”。

 

  國家經(jīng)貿委《2000-2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃要點(diǎn)》指出：“積極推廣地熱采暖和地熱發(fā)電技術(shù)”，“加快地源熱泵技術(shù)的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)，加速?lài)a(chǎn)化。要大力開(kāi)拓地熱采暖市場(chǎng)，到2005、2010、2015年地熱采暖面積分別達到1500萬(wàn)、2250萬(wàn)、3000萬(wàn)平方米。要積極推動(dòng)地熱的綜合利用”。

 

  夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準(JGJ134—2001，J116—2001)第6.0.7條：具備有地面水資源（如江河、湖水等），有適合水資源熱泵運行溫度的廢水等水源條件時(shí)，居住建筑采暖、空調設備宜采用水源熱泵。當采用地下井水為水源時(shí)，應確保有回灌措施，確保水源不被污染，并應符合當地有關(guān)規定；具備可供地熱源熱泵機組埋管用的土壤面積時(shí)，宜采用埋管式地熱源熱泵?！?/div>